Qu#39il s#39agisse de ramasser un petit objet comme un stylo ou de coordonner différentes events du corps, le cervelet du cerveau remplit des fonctions essentielles pour contrôler nos mouvements. Des chercheurs de l’Institut des sciences et systems d’Autriche (ISTA) ont étudié comment fonctionne et se développe un ensemble critical de synapses entre les neurones. Leurs découvertes ont été publiées dans la revue Neuron.
Le cervelet est une unité essentielle qui joue un rôle clé dans le contrôle de la motricité high-quality, la coordination et le timing.
« Chaque fois que je fais de l#39escalade, j#39utilise des constructions complexes dans les connexions entre les neurones – les synapses – dans mon cervelet. Dans ce projet, nous voulions comprendre comment elles fonctionnent réellement », Peter Jonas, professeur Magdalena Walz pour la vie. Sciences à l#39Institut des sciences et technologies d#39Autriche (ISTA), relie ses recherches à ses expériences quotidiennes. Dans une nouvelle étude, maintenant publiée dans la revue Neuron et dirigée par le doctorant Jingjing Chen du groupe de recherche de Jonas et Walter Kaufmann du centre de microscopie électronique de l#39ISTA avec le soutien crucial du professeur Ryuichi Shigemoto de l#39ISTA, les scientifiques ont découvert certains des mécanismes clés de la synapses du cervelet.
Contrôler les synapses
« Le cervelet reçoit de nombreuses informations provenant d#39autres parties du cerveau et des systèmes sensoriels, mais ses signaux de sortie contrôlant le mouvement passent tous par un style critique de neurone appelé cellule de Purkinje », explique Chen. « Et à leur tour, toutes ces cellules de Purkinje reçoivent chacune de nombreux signaux provenant d#39autres neurones du cervelet via leurs synapses d#39entrée. Nous avons examiné un sort spécifique de synapse qui inhibe l#39activité des cellules de Purkinje et joue un rôle very important dans le contrôle de leur production. signaux. »
Les cellules de Purkinje dans le cervelet constituent un goulot d#39étranglement pour ses signaux de contrôle moteur, mais de nombreux elements de la manière dont cela est réalisé au niveau moléculaire et cellulaire restent flous. Dans leur étude, les chercheurs ont découvert les détails des synapses inhibitrices des cellules.
Les chercheurs ont utilisé l’enregistrement subcellulaire par patch-clamp, guidé par une approach avancée de microscopie optique appelée imagerie confocale en ligne, pour examiner en détail la fonction de ces synapses. En parallèle, ils ont utilisé la microscopie électronique pour étudier la structure des synapses avec la additionally haute résolution attainable. Certaines des caractéristiques qu’ils ont examinées n’ont qu’une taille de quelques nanomètres – des millionièmes de millimètre. Chen et ses collègues ont mesuré divers paramètres des synapses, comme l#39endroit et la fréquence de libération des neurotransmetteurs, ainsi que la taille des minuscules bulles contenant les neurotransmetteurs, afin de construire un modèle informatique de l#39ensemble du processus. Ils l’ont fait avec des neurones provenant de cerveaux de souris à différents âges pour comprendre leur développement au fil du temps.
Jonas, qui a développé le modèle informatique, ajoute : « Construire un modèle vous permet de bien comprendre un système et suscite également de nouvelles idées pour de futures expériences. Cependant, vous devez être prudent et le maintenir ancré dans la réalité avec des données expérimentales. »
Grâce à leur modèle informatique simulant ce qui se passe à différents stades de développement, du jeune âge à l#39âge adulte, les scientifiques ont pu voir comment les synapses inhibitrices des cellules de Purkinje dans le cervelet influencent délicatement la sortie du sign de la cellule, permettant ainsi un contrôle précis des capacités motrices.
Composition émergente
« Nous avons constaté que, dès le as well as jeune âge, tous les mécanismes de la synapse sont organisés de manière assez aléatoire et leurs fonctions ne sont pas si exactes », explique Kaufmann, qui a rejoint l#39ISTA en tant que l#39un des premiers scientifiques il y a environ dix ans.. « À mesure que le circuit mûrit, la synapse devient plus structurée, se rapprochant d#39une configuration level à stage et atteint ainsi un niveau plus élevé de précision fonctionnelle. » Chen, qui souhaite poursuivre ses travaux sur le cervelet après son doctorat, ajoute : « Le problème était que nous ne pouvons pas simplement demander directement aux cellules comment elles fonctionnent. Au lieu de cela, nous devons prendre des instantanés, c#39est-à-dire des mesures, à différentes étapes. du développement et en déduire les processus et la structure globale qui les sous-tendent. Comprendre ce sort de synapse n#39est pas seulement une entreprise louable en science fondamentale, mais pourrait même, à l#39avenir, aider les chercheurs à lutter contre les maladies neurologiques dont la induce résiderait dans un dysfonctionnement des synapses dans le cerveau.
Jonas ajoute : « Ce projet a créé un pont entre les propriétés biophysiques des synapses et ce que nous pouvons réellement observer au microscope. C#39est un grand pas en avant dans la compréhension des détails de la façon dont le cervelet nous aide à contrôler et à coordonner nos mouvements. les expériences requises semblaient impossibles, mais avec le soutien de Ryuichi Shigemoto, ainsi que de nos collègues dévoués du groupe Jonas et des unités de solutions scientifiques, nous avons réussi à amener au point notre compréhension de ces synapses cruciales.
